ما هي الفيزياء التطبيقية

ما هي الفيزياء التطبيقية، الفيزياء التطبيقية هي مصطلح يطلق على أبحاث الفيزياء، التي تجمع بين الفيزياء البحتة والهندسة، والفيزياء البحتة هي دراسة الخصائص الفيزيائية الأساسية للمادة، وكل ما يستمد منها، مثل الطاقة والحركة.

بينما تستخدم الفيزياء التطبيقية نفس خط الاستقصاء لحل المشكلات التكنولوجية، تابعوا موقع مقال للتعرف على ما هي الفيزياء التطبيقية.

الفيزياء التطبيقية

الفيزياء التطبيقية هي تطبيق النظريات الفيزيائية على حل المشكلات، إنها استخدام المعرفة النظرية لخصائص الأجسام المادية.

وبقصد تحقيق هدف تقني أو عملي معين، وعادًة ما يعتبر أيضًا جسرًا أو صلة بين الفيزياء والهندسة.

تتميز كلمة “التطبيقية” عن “البحتة” بمجموعة دقيقة من العوامل، مثل دوافع الباحثين وموقفهم وطبيعة العلاقة بالتكنولوجيا أو العلم التي قد تتأثر بالعمل.

الفيزياء التطبيقية متجذرة في الحقائق الأساسية والمفاهيم الأساسية للعلوم الفيزيائية، ولكنها مرتبطة باستخدام المبادئ العلمية في المعدات والأنظمة الفعلية، وتطبيق الفيزياء على المجالات العلمية الأخرى.

عادًة ما يكون مختلفًا عن الهندسة لأن علماء الفيزياء التطبيقية قد لا يصممون أشياء محددة، ولكن بدلاً من ذلك يستخدمون الفيزياء أو يجرون بحثًا فيزيائيًا.

بغرض تطوير تقنيات جديدة أو حل المشكلات الهندسية، وهذه الطريقة مشابهة للطريقة الرياضية التطبيقية.

بمعنى آخر، الفيزياء التطبيقية متجذرة في الحقائق والمفاهيم الأساسية للعلوم الفيزيائية، ولكنها مرتبطة باستخدام هذه المبادئ العلمية في المعدات والأنظمة الفعلية.

على سبيل المثال، يمكن أن يساهم مجال فيزياء المسرعات في البحث في الفيزياء النظرية، من خلال العمل مع المهندسين مما يتيح تصميم وبناء مصادمات عالية الطاقة.

شاهد أيضًا: بحث عن ثابت بولتزمان في الفيزياء

الفيزياء التطبيقية والبحث العلمي

قد يكون من السهل تحديد البحث على أنه “تطبيقي” أو “خالص” في الحالات، التي يتم فيها البحث عن تطبيق عملي مباشر.

على سبيل المثال، نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين هي فيزياء خالصة، ويتم تطبيق تصميم تقنية الألياف البصرية.

ومع ذلك، قد يكون التمييز بين الاثنين أكثر وضوحًا؛ بالتأكيد، هناك سلسلة متصلة من موضوعات البحث على طول النطاق بين التطبيقي والنقي.

ولكن لكي يتم اعتبار البحث تطبيقيًا، يجب أن يهتم البحث على الأقل بالتطبيقات التكنولوجية أو العملية المحتملة لأبحاثهم، إذا لم يكن مشاركًا بشكل مباشر في حل مشكلة هندسية.

قد تهتم أبحاث الفيزياء التطبيقية بتطوير أدوات البحث العلمي، وفي الواقع، فإن الكثير من الأدوات التي يستخدمها باحثو الفيزياء متطورة جدًا، لدرجة أن الباحثين أنفسهم صنعوها خصيصًا.

وعلماء الفيزياء عالية الطاقة الذين يعملون على مسرعات الجسيمات، مثل المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN)، هم مثال جيد للفيزيائيين الذين يبنون أجهزتهم الخاصة.

هناك مجموعة متنوعة من الموضوعات البحثية التي يمكن اعتبارها فيزياء تطبيقية، وأحد الأمثلة على ذلك.

فهو تطوير الموصلات الفائقة، والموصل الفائق هو مادة تقوم بتوصيل الكهرباء دون مقاومة تحت درجة حرارة معينة.

المغناطيسات فائقة التوصيل ضرورية لوظيفة آلات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، ومسرعات الجسيمات، ومقاييس الطيف بالرنين المغناطيسي النووي (NMR).

إن البحث في الخواص الفيزيائية والنظرية الكامنة، وراء المغناطيسات فائقة التوصيل، سيعتبر بشكل صحيح فيزياء نقية.

كما أن محاولات بناء موصلات فائقة محسنة، وإيجاد تطبيقات جديدة لها ستُعتبر بالتأكيد فيزياء تطبيقية.

كما تشمل الأمثلة الأخرى المعروفة لهذا النوع من الأبحاث الخلايا الكهروضوئية وتكنولوجيا النانو.

الفيزياء التطبيقية كنظام أكاديمي

الفيزياء التطبيقية، كنظام أكاديمي، هي اختراع جديد نسبيًا مع وجود عدد قليل من الجامعات التي لديها أقسام في هذا المجال.

وغالبًا ما يقوم قسم الفيزياء التطبيقية، بسحب أعضاء هيئة التدريس من قسم الفيزياء، وأقسام الهندسة في إحدى الجامعات.

كما أنه من الشائع أن تَعقِد هيئة التدريس مواعيد مشتركة في أكثر من قسم واحد، هناك اتجاه متزايد نحو البحث متعدد التخصصات في جميع المجالات العلمية.

والتداخل الرسمي لأبحاث الهندسة والفيزياء، في شكل أقسام الفيزياء في الجامعات، هو أحد أعراض هذا الاتجاه.

الترانزستور

الترانزستور (بالإنجليزية: transistor) هو أحد تطبيقات الفيزياء التطبيقية، وهو عبارة عن جهاز شبه موصل يستخدم لتضخيم أو تبديل الإشارات الإلكترونية والطاقة الكهربائية.

والترانزستورات تجعل عالم الإلكترونيات الخاص بنا يدور، إنها مهمة كمصدر تحكم في كل دائرة حديثة تقريبًا.

وفي بعض الأحيان تراهم، ولكن في كثير من الأحيان، يتم إخفاؤهم في أعماق قلب دائرة متكاملة.

وفي الكميات الصغيرة المنفصلة، يمكن استخدام الترانزستورات لإنشاء مفاتيح إلكترونية بسيطة، ومنطق رقمي ودوائر تضخيم الإشارة.

وبكميات تصل إلى الآلاف والملايين وحتى المليارات، فإن الترانزستورات مترابطة ومدمجة في رقائق صغيرة.

لإنشاء ذكريات الكمبيوتر، والمعالجات الدقيقة، وغيرها من الدوائر المتكاملة المعقدة.

الليزر

الليزر (بالإنجليزية: Laser) هو أحد تطبيقات الفيزياء التطبيقية، وهو جهاز يصدر الضوء، من خلال عملية تضخيم ضوئي تعتمد على الانبعاث المحفز للإشعاع الكهرومغناطيسي.

وتم بناء أول ليزر في عام 1960م من قبل ثيودور إتش ميمان في مختبرات أبحاث هيوز، بناءً على العمل النظري لتشارلز هارد تاونز وآرثر ليونارد شاويلو.

البلورات الضوئية

البلورة الضوئية (بالإنجليزية: Photonic crystals) هي كذلك أحد تطبيقات الفيزياء التطبيقية.

وهي بنية نانوية ضوئية دورية تؤثر على حركة الفوتونات بنفس الطريقة، التي تؤثر بها الشبكات الأيونية على الإلكترونات في المواد الصلبة.

وتحدث البلورات الضوئية في الطبيعة في شكل تلوين هيكلي وعاكسات حيوانية، وهي تعد، بأشكال مختلفة، بأنها مفيدة في مجموعة من التطبيقات.

تابع أيضًا: معلومات عن الفوتون في الفيزياء

البصريات الكمومية

البصريات الكمومية (QO) (بالإنجليزية: Quantum optics)، مثال آخر على تطبيقات الفيزياء التطبيقية.

وهي مجال بحثي يستخدم الفيزياء شبه الكلاسيكية، والفيزياء الميكانيكية الكمومية، لاستكشاف الظواهر التي تنطوي على الضوء، وتفاعلاته مع المادة على المستويات دون المجهرية.

بمعنى آخر، إنها ميكانيكا الكم المطبقة على الفوتونات أو الضوء.

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) (بالإنجليزية: Magnetic resonance imaging)، هو أحد تقنيات التصوير الطبي المستخدمة في الأشعة، لتشكيل صور للتشريح والعمليات الفسيولوجية للجسم.

وتستخدم أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، مجالات مغناطيسية قوية وتدرجات مجال مغناطيسي، وموجات الراديو لتوليد صور للأعضاء في الجسم.

ولا يتضمن التصوير بالرنين المغناطيسي الأشعة السينية أو استخدام الإشعاع المؤين، مما يميزه عن التصوير المقطعي المحوسب والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.

التصوير بالرنين المغناطيسي هو تطبيق طبي للرنين المغناطيسي النووي (NMR)، كما يمكن كذلك استخدام الرنين المغناطيسي النووي، من أجل التصوير التابع لتطبيقات الرنين المغناطيسي النووي الأخرى.

على سبيل المثال: التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي.

المايكروسكوب

الميكروسكوب أو الفحص المجهري (بالإنجليزية: Microscopy)، هو المجال التقني لاستخدام المجاهر لعرض الأشياء.

ومناطق الأشياء التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، (الأشياء التي لا تقع في نطاق دقة العين العادية).

وهناك ثلاثة فروع معروفة من الفحص المجهري: الفحص المجهري البصري، والإلكتروني والمسح الضوئي، جنبًا إلى جنب مع مجال الفحص المجهري بالأشعة السينية.

أمثلة أخرى على مجالات البحث والتطوير للفيزياء التطبيقية

• الصوتيات.
• أشباه الموصلات.
• فيزياء المسرع.
• علم معلومات الكم.
• تكنولوجيا الكم.
• الديناميكا الفلكية.
• الدفع الكهرومغناطيسي.
• تقنية التخفي.
• الهندسة النووية.
• الفيزياء الهندسية.
• الإلكترونيات.
• السونار.
• الرادار.
• الليدار.
• الفيزياء الحيوية.
• الفيزياء الكيميائية.
• الجيوفيزياء.
• الفيزياء الحاسوبية.

اخترنا لك: قوانين الفيزياء بالرموز

في نهاية مقال ما هي الفيزياء التطبيقية، تعد الفيزياء التطبيقية هي دراسة الفيزياء لغرض عملي، على عكس الفيزياء الدافعة فقط لتحسين الفهم الأساسي، وهذا يشمل التطورات التكنولوجية، مثل تطوير الإلكترونيات والضوئيات وفيزياء الأجهزة، أو تحسين التحقيقات العملية.